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植物组织培养实验室(组培室)规划设计
一、实验室要求
理想的组织培养实验室应该建立在安静、清洁、远离污染源的地方,最好在常年
主风向的上风方向,尽量减少污染。规模化生产的组织培养实验室最好建在交通
方便的地方,便于培养产品的运送。
实验室的建设均需考虑两个方面的问题:一是所从事的实验的性质,即是生产性
的还是研究性的,是基本层次的还是较高层次的;二是实验室的规模,规模主要
取决于经费和实验性质。
无论实验室的性质和规模如何,实验室设置的基本原则是:科学、高效、经济和
实用。一个组织培养实验室必须满足3个基本的需要:实验准备(培养基制备、
器皿洗涤、培养基和培养器皿灭菌)、无菌操作和控制培养。此外,还可根据从
事的实验要求来考虑辅助实验室及其各种附加设施,使实验室更加完善。
在进行植物组织培养工作之前,首先应对工作中需要哪些最基本的设备条件有个
全面的了解,以便因地制宜地利用现有房屋,或新建、改建实验室。实验室的大
小取决于工作的目的和规模。以工厂化生产为目的,实验室规模太小,则会限制
生产,影响效率。在设计组织培养实验室时,应按组织培养程序来没计,避免某
些环节倒排,引起日后工作混乱。植物组织培养是在严格无菌的条件下进行的。
要做到无菌的条件,需要一定的设备、器材和用具,同时还需要人工控制温度、
光照、湿度等培养条件。
二、实验室组成
(一)基本实验室:.
基本实验室包括准备室、洗涤灭菌室、无菌操作室、培养室、缓冲间,是组织培
养实验所必须具备的基本条件。如进行工厂化生产,年产4万-20万,需3-4间
实验用房,总面积60平方米。
1、准备室(化学实验室)
功能:又叫化学实验室,进行一切与实验有关的准备工作:完成所使用的各种药
品的贮备、称量、溶解、器皿洗涤、培养基配制与分装、培养基和培养器皿的灭
菌、培养材料的预处理等。
要求:最好有20平方米左右。要求宽敞明亮、以便于放置多个实验台和相关设
备,方便多人同时工作;同时要求通风条件好,便于气体交换;实验室地面应便
于清洁,并应进行防滑处理。
分类:
分体式-研究性质实验室,分开的若干房间将准备室分解为药品贮藏室、培养基
配制与洗涤室和灭菌室等,功能明确,便于管理,但不适于大规模生产。
通间式-规模化实验室,准备室一般设计成大的通间,使试验操作的各个环节在
同一房间内按程序完成。准备试验的过程在同一空间进行,便于程序化操作与管
理,试验中减少各环节间的衔接时间,从而提高工作效率。此外还便于培养基配
制、分装和灭菌的自动化操作程序设计,从而减少规模化生产的人工劳动,更
便于无菌条件的控制和标准化操作体系的建立。
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设备:准备室应具备实验台、药品柜、水池、仪器、药品、防尘橱(放置培养容
器)、冰箱、天平、蒸馏水器、酸度计及常用的培养基配制用玻璃仪器等。
2、洗涤灭菌室
功能:完成各种器具的洗涤、干燥、保存、培养基的灭菌等。
要求:洗涤灭菌室根据工作量的大小决定其大小,一般面积控制在30-50m2。在
实验室的一侧设置专用的洗涤水槽,用来清洗玻璃器皿。中央实验台还应配置
2个水槽,用于清洗小型玻璃器皿。如果工作量大,可以购置一台洗瓶机。准备
1-2个洗液缸,专门用于洗涤对洁净度要求很高的玻璃器皿,地面应耐湿并排
水良好。
设备:水池、落水架、中央实验台、高压灭菌锅、超声波清洗器、干燥灭菌器(如
烘箱)等。
3、无菌操作室(接种室)
功能:也叫接种室,主要用于植物材料的消毒、接种、培养物的转移、试管苗的
继代、原生质体的制备以及一切需要进行无菌操作的技术程序,是植物离体培养
研究或生产中最关键的一步。
要求:接种室宜小不宜大,一般7~8平米(10-20平米)即可,其规模根据实
验需要和环境控制的难易程度而定。要求封闭性好,干爽安静,清洁明亮,能
较长时间保持无菌,因此不易设在容易受潮的地方;地面、天花板及四壁尽可能
密闭光滑,易于清洁和消毒;配置拉动门,以减少开关门时的空气扰动;为便于
消毒处理,地面及内墙壁都应采用防水和耐腐蚀材料;为了保持清洁,无菌室应:.
防止空气对流。接种室要求在适当位置吊装1~2盏紫外线灭菌灯,用以照射灭
菌。最好安装一小型空调,使室温可控,这样可使门窗紧闭,减少与外界空气对
流。
一般新建实验室的无菌室在使用之前应进行灭菌处理,处理方法是甲醛和高锰酸
钾熏蒸,并需定期灭菌处理,还可用紫外线照射1-2h/周,或每次使用前照射
10-30min。
设备:紫外灯、空调、解剖镜、消毒器、酒精灯、接种器械(接种镊子、剪刀、
解剖刀、接种针),实验台、和搁架,还有超净工作台和整套灭菌接种仪器、药
品等。
4、培养室
功能:对接种到培养瓶等器皿中的植物离体材料进行控制条件下的培养,无论是
研究性实验室还是生产性实验材料进行培养的场所。要求:约需10-20平方米
左右,培养室的大小可根据需要培养架的大小、数目、及其他附属设备而定,
其设计以充分利用空间和节省能源为原则。基本要求是能够控制光照和温度,并
保持相对的无菌环境,因此,培养室应保持清洁和适度干燥;为满足植物培养材
料生长对气体的需要,还应安装排风窗和换气扇等培养室的换气装置;为节省能
源和空间,应配置适宜的培养架,并安装日光灯照明。
研究用实验室,通常可根据光照时间设置成长日照、中日照、短日照培养室,也
可以根据温度设置成高温和低温培养室,每一个培养室的空间不宜过大,便于对
条件的均匀控制。进行精细培养类型如细胞培养和原生质体培养,可采用光照培
养箱或人工气候箱代替培养室。
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为了控制培养室的温度和光照时间及其强度,培养室的房间不要窗户,但应当留
一个通气窗,并安上排气扇。室内温度由空调控制,光照由日光灯控制。天花板
和内墙最好用塑料钢板装修,地面用水磨石或瓷砖铺设,一般要分两间,一为光
照培养室,一为暗培养室。培养室外应有一预备间或走廊。
培养材料放在培养架上培养。培养架大多由金属制成,一般设5层,最低一层离
地高约lOcm,其他每层间隔30cm左右,。培养架长度都
是根据日光灯的长度而设计,如采用40W日光灯,,30W的长lm,宽
度一般为60cm。日光灯一般用40W,固定在培养架的侧面或搁板的下面,每层
有两支日光灯,距离在20cm,光照强度为2000-3000lx。
培养室最重要的因子是温度,一般保持在20—27℃左右,具备产热装置,并安
装窗式或立式空调机。由于热带植物和寒带植物等不同种类要求不同温度,最好
不同种类有不同的培养室。
室内湿度也要求恒定,相对湿度以保持在70%~80%为好,可安装加湿器。控制
光照时间可安装定时开关钟,一般需要每天光照10-16h,也有的需要连续照明。
短日照植物需要短日照条件,长日照植物需要长日照条件。现代组培实验室大多
设计为采用天然太阳光照作为主要能源,这样不但可以节省能源,而且组培苗接
受太阳光生长良好,驯化易成活。在阴雨天可用灯光作补充。
设备:培养架(控温控光控湿)、摇床、转床、自动控时器、紫外灯、光照培养
箱或人工气候箱、生化培养箱、边台实验台用于拍摄培养物生长状况,除湿机、
显微镜、温湿度计、空调等。
5、缓冲间
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功能:是进入无菌室前的一个缓冲场地,减少人体从外界带入的尘埃等污染物。
工作人员在此换上工作服、拖鞋,戴上口罩,才能进入无菌室和培养室。进入
无菌操作室前在此更衣换鞋,以减少进出时带入接种室杂菌。
要求:缓冲间需3-5平方米,可建在准备室外或无菌操作室外,应保持清洁无菌;
备有鞋架和衣帽挂钩,并有清洁的实验用拖鞋、已灭菌过的工作服;墙顶用1-2
盏紫外灯定时照射,对衣物进行灭菌。缓冲间最好也安一盏紫外线灭菌灯,用
以照射灭菌。缓冲间的门应该与接种室的门错开,两个门也不要同时开启,以保
证无菌室不因开门和人的进出带进杂菌。
设备:1-2盏紫外灯、水槽、实验台、鞋帽架、柜子、灭菌后的工作服、拖鞋、
口罩。
(二)辅助实验室
根据研究或生产的需要而配套设置的专门实验室,主要用于细胞学观察和生理生
化分析等。
1、细胞学实验室
功能:用于对培养物的观察分析与培养物的计数,对培养材料进行细胞学鉴定和
研究,由制片室和显微观察室组成。制片是获取显微观察数据的基础,配备有切
片机、磨刀机、温箱及样品处理和切片染色的设备。应有通风橱和废液处理设施。
显微观察室主要是显微镜和图像拍摄、处理设备。
要求:明亮、清洁、干燥、防止潮湿和灰尘污染。
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设备:双筒实体显微镜、显微镜、倒置显微镜等。
2、生化分析实验室
功能:培养细胞产物为主要目的的实验室,应建立相应的分析化验实验室,随时
对培养物成分进行取样检查。大型次生代谢物生产,还需有效分离实验室。
三、仪器设备和器皿用具
一、基本设备配置
(一)常规设备
1、天平
组织培养实验室需要2-3台不同精度的天平。
感量的天平(分析天平)和感量的天平(电子天平)用于称量微量元素和一些较
高精确度的实验用品。
感量和的天平,用于大量元素母液配制和一些用量较大的药品的称量。
2、冰箱
各种维生素和激素类药品以及培养基母液均需低温报存,某些试验还需植物材料
进行低温处理,一般普通冰箱即可。
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3、酸度计
用于测定培养基及其它溶液的pH,一般要求可测定pH范围1-14之间,精度即
可。
4、离心机
用于细胞、原生质体等活细胞分离,亦用于培养细胞的细胞器、核酸以及蛋白质
的分离提取。根据分离物质不同配置不同类型的离心机。
细胞、原生质体等活细胞的分离用低速离心机;核酸、蛋白质分离用高速冷冻离
心机;规模化生产次生产物,还需选择大型离心分离系统。
5、加热器
用于培养基的配制。研究性实验室一般选用带磁力搅拌功能的加热器,规模化大
型实验室用大功率加热和电动搅拌系统。
6、其它
纯水器、分装设备
(二)灭菌设备
维持相对得无菌环境是组织培养实验室的基本要求。
1、高压灭菌锅:.
用于培养基、玻璃器皿以及其它可高温灭菌用品的灭菌,根据规模大小有手提式、
立式、卧式等不同规格。
2、干热消毒柜
用于金属工具如镊子、剪刀、解剖刀,以及玻璃器皿的灭菌。一般选用200℃左
右的普通或远红外消毒柜。
3、过滤灭菌器
用于一些酶制剂、激素以及某些维生素等不能高压灭菌试剂的灭菌,主要有真空
抽滤式和注射器式。4、紫外灯
方便经济的控制无菌环境的装置,缓冲间、接种室和培养室必备。
(三)无菌操作设备
1、接种箱
是使用较早的最简单的无菌装置,主体为玻璃箱罩、入口有袖罩,内装紫外灯和
日光灯,使用时对无菌室要求较高。
2、净化工作台
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其操作台面是半开放区,具方便、操作舒适优点,通过过滤的空气连续不断吹出,
大于直径的微生物很难在工作台的操作空间停留,保持了较好的无菌环境。由于
过滤器吸附微生物,使用一段时间后过滤网易堵塞,因此应定期更换。
(四)培养设备
培养设备是指根据需要所选用的不同规格和控制精度的用于植物细胞、组织和器
官培养的设施和设备。
1、培养架
目前所有植物组织培养实验室植株繁殖培养的通用设施。成本低、设计灵活、可
充分利用培养空间,以操作方便、最大限度利用培养空间为原则。一般有4-5
层,层间间隔40-50cm,光照强度可根据培养植物特性来确定,一般每架上配备
2-4盏日光灯。
2、培养箱
细胞培养、原生质体培养等要求精确培养的实验,可用光照培养箱、CO2培养箱、
湿度控制培养箱等培养。
3、摇床
进行液体培养时,为改善通气状况,可用振荡培养箱或摇床。
4、生物反应器
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进行植物细胞生产次生产物的实验室,还需生物反应器。
(五)其他设备
可安装时间程序控制器、温度控制系统或空调;实体显微镜、倒置式生物显微镜
及配套的摄影、录像和图像处理设备;电泳仪、萃取和层析设备、紫外分光光度
计、高效液相色谱仪、气相色谱仪、酶联免疫测定系统。
四、培养容器与用具
培养容器指盛有培养基并提供培养物生长空间的无菌置,培养用具指培养物接种
封口所用的各种金属或塑料制品,实验室必备。
(一)培养容器
包括各种规格的培养皿、三角瓶、试管、培养瓶。玻璃容器,一般用无色并不产
生颜色折射的硼硅酸盐玻璃材质。塑料容器材质轻、不易破碎、制作方便,广泛
使用。一般为聚丙烯、聚碳酸酯材料的培养容器。
(二)金属用具
1、镊子
植物组织解剖用小的尖头镊子,分株转移繁殖转接用枪型镊子,16-22cm长。
2、剪刀
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不锈钢医用弯头剪,做取材和切段转移繁殖,14-22cm。
3、解剖刀
组织切段,多用短柄可换刀片的医用不锈钢解剖刀。
4、其他用具
接种铲、接种针在花药培养、花粉培养中有用。
(三)塑料用具
各种风口膜、盖、塑料盘及其它实验用具